DE3541969C2

DE3541969C2 - Device for measuring lateral deviation (vertical distance between vehicle and target trajectory) and relative yaw angle (angle between vehicle longitudinal axis and tangent to target trajectory) of a vehicle

Info

Publication number: DE3541969C2
Application number: DE3541969A
Authority: DE
Inventors: Jörg 1000 Berlin Moebius
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-11-25
Filing date: 1985-11-25
Publication date: 1987-03-26
Also published as: DE3541969A1

Abstract

Verfahren zur Messung von Querabweichung (senkrechter Abstand zwischen Fahrzeug und Sollbahnverlauf) und relativem Gierwinkel (Winkel zwischen Fahrzeuglängsachse und Tangente an den Sollbahnverlauf) eines Fahrzeugs. Bei Versuchsfahrten von Kraftfahrzeugen zur Untersuchung ihrer Dynamik oder der Fahrerbeurteilung bei verschiedenen Randbedingungen ist die Kenntnis der durch die Querabweichung und den Winkel zwischen Fahrzeuglängsachse und Tangente an den Sollbahnverlauf (relativer Gierwinkel) gegebenen momentanen Position des Kraftfahrzeugs relativ zur Straße erforderlich. Zur Bestimmung dieser Größen wird innerhalb des Fahrzeugs im Bereich des Seitenfensters eine auf eine Längsmarkierung gerichtete Videokamera installiert. Eine derartige Längsmarkierung ist auf allen Bundesautobahnen und vielen anderen Straßen als weißer Randstreifen vorhanden und braucht damit nicht aufgebracht zu werden. Durch Auswertung der Signalverläufe von mindestens zwei Zeilen des Videosignals können die Lage dieses Markierungsstreifens im Bild und daraus die genannten Größen bestimmt werden. Es ist damit ein kostengünstiges, berührungsloses Meßverfahren beschrieben, welches ohne zusätzliche Infrastrukturmaßnahmen auskommt.Method for measuring the lateral deviation (vertical distance between the vehicle and the target trajectory) and the relative yaw angle (angle between the vehicle's longitudinal axis and the tangent to the target trajectory) of a vehicle. When driving motor vehicles for test purposes to investigate their dynamics or to assess the driver under various conditions, it is necessary to know the current position of the vehicle relative to the road, which is determined by the lateral deviation and the angle between the vehicle's longitudinal axis and the tangent to the target trajectory (relative yaw angle). To determine these values, a video camera aimed at a longitudinal marking is installed inside the vehicle in the area of the side window. Such longitudinal markings are present on all federal motorways and many other roads as white edge strips and therefore do not need to be applied. By evaluating the signal curves of at least two lines of the video signal, the position of this marking strip in the image and from this the above-mentioned values can be determined. This describes a cost-effective, contactless measuring method that does not require any additional infrastructure measures.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von Querabweichung (senkrechter Abstand zwischen Fahrzeug und Sollbahnverlauf) und relativem Gierwinkel (Winkel zwischen Fahrzeuglängsachse und Tangente an den Sollbahnverlauf) eines Fahrzeugs.The invention relates to a device for measuring lateral deviation (vertical distance between vehicle and desired trajectory) and relative yaw angle (angle between vehicle longitudinal axis and tangent to desired trajectory) of a vehicle.

field of use

Bei Versuchsfahrten von Kraftfahrzeugen zur Untersuchung ihrer Dynamik oder der Fahrerbeurteilung bei verschiedenen Randbedingungen ist die Kenntnis der momentanen Position des Kraftfahrzeugs relativ zur Straße erforderlich. Diese ist durch die Querabweichung und den relativen Gierwinkel bestimmt (vgl. Abb. 1). Es seien hier nur Untersuchungen zur Seitenwindempfindlichkeit, dem Verhalten des Kraftfahrzeugs beim Bremsen oder Versuche zum Einfluß von Rauschmitteln auf das Fahrerverhalten genannt.When testing motor vehicles to investigate their dynamics or driver assessment under different conditions, it is necessary to know the current position of the vehicle relative to the road. This is determined by the lateral deviation and the relative yaw angle (see Fig. 1). Examples include studies on crosswind sensitivity, the behavior of the vehicle when braking, and tests on the influence of drugs on driver behavior.

State of the art

Zur Bestimmung der Querabweichung stehen z. Zt. Verfahren zur Verfügung, nach denen entweder durch Fremdstoffe (Wasser, Farblösungen, Kreidestaub o. ä.) Spuren auf der Straße erzeugt werden, die später vermessen bzw. aufgezeichnet werden müssen (Automobiltechnische Zeitschrift, Jahrg. 55 (1953) H. 11, S. 295-299) oder Verfahren, bei denen ein mit Fotozellen bestückter Ausleger die Position des Kraftfahrzeugs zu ortsfest installierten Lichtquellen bestimmt.There are currently methods available for determining the lateral deviation, according to which either foreign substances (water, paint solutions, chalk dust, etc.) create tracks on the road, which must later be measured or recorded (Automobiltechnische Zeitschrift, Year 55 (1953) No. 11, pp. 295-299) or methods in which a boom equipped with photocells determines the position of the vehicle in relation to fixed light sources.

Die genannten Verfahren haben bedeutende Nachteile. So läßt sich keines der Verfahren im öffentlichen Straßenverkehr einsetzen. Das Ausmessen der erzeugten Spuren ist sehr aufwendig. Ausleger am Fahrzeug verändern dessen Aerodynamik und sind so in den meisten Fällen unzulässig.The methods mentioned have significant disadvantages. None of the methods can be used on public roads. Measuring the tracks created is very time-consuming. Booms on the vehicle change its aerodynamics and are therefore not permitted in most cases.

Weiterhin ließe sich zur Bestimmung der Querabweichung in einem eingeschränkten Anwendungsgebiet möglicherweise das von der Fa. LEITZ entwickelte Gerät "CORREVIT" (Prospekt "CORREVIT-Meß- und Auswertesysteme I" der Firma DATRON-MESSTECHNIK GmbH, März 1983) einsetzen. Durch Auswertung der Textur der Fahrbahnoberfläche mittels Korrelation bestimmt dieses Gerät u. a. die Quergeschwindigkeit eines Fahrzeugs. Durch Integration ließe sich hieraus die Querabweichung bestimmen.Furthermore, the device "CORREVIT" developed by LEITZ (brochure "CORREVIT measuring and evaluation systems I" from DATRON-MESSTECHNIK GmbH, March 1983) could possibly be used to determine the lateral deviation in a limited area of application. By evaluating the texture of the road surface using correlation, this device determines, among other things, the lateral speed of a vehicle. The lateral deviation could be determined from this by integration.

Als Nachteile dieses Verfahrens sei der Meßfehler genannt, der durch die Integration fehlerbehafteter Meßergebnisse bei längeren Testfahrten entsteht. Weiterhin ist dieses Gerät auf bestimmte Geschwindigkeitsbereiche beschränkt und technologisch aufwendiger als ein nach dem hier beschriebenen Verfahren aufgebautes Gerät.The disadvantages of this method include the measurement error that arises from the integration of faulty measurement results during longer test drives. Furthermore, this device is limited to certain speed ranges and is technologically more complex than a device constructed according to the method described here.

Bezeichnenderweise wird die hier vorgeschlagene Verwendung des "CORREVIT" von der Fa. Leitz in ihren Unterlagen nicht genannt.Significantly, the use of "CORREVIT" proposed here is not mentioned by Leitz in its documents.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die kostengünstig hergestellt und im öffentlichen Straßenverkehr eingesetzt werden kann, ohne daß zusätzliche Infrastrukturmaßnahmen erforderlich sind.The invention is therefore based on the object of creating a device of the type mentioned at the outset which can be manufactured cost-effectively and used in public road traffic without the need for additional infrastructure measures.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im Anspruch 1 gelöst.This object is solved by the characterizing features in claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.

Description of the device

Es wird hier eine Vorrichtung beschrieben, welche die berührungslose Messung von Querabweichung und relativem Gierwinkel im Versuchsbetrieb auf öffentlichen Straßen ohne zusätzliche Infrastrukturmaßnahmen ermöglicht. Damit entfallen die oben angegebenen Nachteile der bisher eingesetzten Verfahren.A device is described here which enables the contactless measurement of lateral deviation and relative yaw angle in test operation on public roads without additional infrastructure measures. This eliminates the disadvantages of the methods used to date mentioned above.

Voraussetzung für die Funktion der entwickelten Vorrichtung ist eine in Fahrbahnlängsrichtung vorhandene Markierung, die sich in ihrem Grauwert von der sonstigen Fahrbahnoberfläche unterscheidet. Dies kann z. B. die auf allen Autobahnen und neueren Bundesstraßen auf beiden Seiten vorhandene weiße Begrenzungslinie sein. Bei geringer Nachbearbeitung der gemessenen Daten ist auch eine unterbrochene Linie geeignet.The prerequisite for the developed device to work is a marking along the length of the road that differs in its gray value from the rest of the road surface. This could be, for example, the white boundary line that is present on both sides of all motorways and newer federal highways. If the measured data is not subject to much post-processing, a broken line is also suitable.

Bei der entwickelten Vorrichtung wird im Bereich des Seitenfensters entsprechend der in Anspruch 2 beschriebenen Weise ein auf diese Markierung gerichteter Bildsensor (Fernsehkamera) installiert (siehe Abb. 2). Dann kann als Ausgangssignal das in Abb. 3 dargestellte Signal beobachtet werden (dort dargestellt für einen relativen Gierwinkel ungleich Null). Hierbei stellt der schwarze Balken die angesprochene Fahrbahnmarkierung dar. Durch Auswertung zweier - hier mit "Zeile 1" und "Zeile 2" bezeichneten - Zeilen nach der im Anspruch 3 beschriebenen Vorgehensweise können die Zeilenabschnitte X 1 und X 2 bestimmt werden. Bei Kenntnis der geometrischen Daten der Kameraposition, der Objektivbrennweite und der Parameter der entsprechenden Fernsehnorm können daraus mittels mathematischer Grundoperationen die Querabweichung und der relative Gierwinkel mit einer sehr geringen Unsicherheit berechnet werden. Für eine exakte Berechnung sind noch der Nick- und Rollwinkel sowie die Nick- und Rollachse des Fahrzeugs erforderlich. Die Winkel können mit Hilfe einer Kreiselplattform bestimmt werden, jedoch sind sie in den meisten Anwendungsfällen so klein, daß ihr Einfluß vernachlässigt bzw. durch geschickte Wahl der Kameraposition minimiert werden kann.In the device developed, an image sensor (television camera) aimed at this marking is installed in the area of the side window in accordance with the manner described in claim 2 (see Fig. 2). The signal shown in Fig. 3 can then be observed as the output signal (shown there for a relative yaw angle not equal to zero). The black bar represents the road marking in question. By evaluating two lines - here designated "line 1 " and "line 2 " - according to the procedure described in claim 3, the line sections X 1 and X 2 can be determined. If the geometric data of the camera position, the lens focal length and the parameters of the corresponding television standard are known, the lateral deviation and the relative yaw angle can be calculated with very little uncertainty using basic mathematical operations. For an exact calculation, the pitch and roll angle as well as the pitch and roll axes of the vehicle are also required. The angles can be determined using a gyro platform, but in most applications they are so small that their influence can be neglected or even ignored. can be minimized by clever choice of camera position.

Abb. 4 zeigt das Ergebnis eines Sinus-Wedeltests eines Fahrzeugs, das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattet ist. Hierbei ist neben dem Lenkwinkel das Ausgangssignal des entwickelten Geräts für die Querabweichung ohne jede Nachbearbeitung dargestellt. Die geringen Störungen des Ausgangssignals, die bei Verunreinigungen der Fahrbahnmarkierung durch Dreck, Granulat des Winterdienstes oder an Ausbesserungsstellen entstehen können, lassen sich bei Auswertung der Daten in einem Rechner mit minimalem Aufwand korrigieren, sofern dies überhaupt erforderlich ist. Fig. 4 shows the result of a sine weaving test of a vehicle equipped with the device according to the invention. In addition to the steering angle, the output signal of the developed device for the lateral deviation is shown without any post-processing. The slight disturbances in the output signal that can occur when the road markings are contaminated by dirt, granulate from winter services or at repair points can be corrected with minimal effort by evaluating the data in a computer, if this is even necessary.

Claims

1. Device for measuring lateral deviation (vertical distance between vehicle and desired trajectory) and relative yaw angle (angle between vehicle longitudinal axis and tangent to desired trajectory) of a vehicle, characterized in that a marking strip located longitudinally on the road to the side of the vehicle is detected by means of an electronic image sensor and the lateral deviation and the relative yaw angle are determined from its position in the image signal.

2. Device according to claim 1, characterized in that the image sensor used scans the image line by line and is installed on or in the vehicle in the region of the side window in such a way that for a relative yaw angle equal to zero the marking strip is perpendicular to the lines of the image signal.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that an electronic circuit determines at least two preset lines in the output signal of the image sensor and from the signal curve of these lines by evaluating an adjustable gray value threshold determines the position of the marking strip in the image and from this determines the said quantities by basic mathematical operations.